Quali magneti per l'accoppiamento magnetico? Una guida completa

I giunti magnetici sono dispositivi ingegnosi che trasmettono la coppia tra i componenti di azionamento e quelli guidati senza contatto fisico. In questo modo, i liquidi e i gas pompati possono rimanere isolati mentre la potenza viene trasmessa attraverso una barriera di contenimento.

Il cuore degli accoppiamenti magnetici è costituito da magneti permanenti disposti in polarità opposta. Quando ruotano, i magneti generano campi magnetici sincronizzati che esercitano una forza di rotazione l'uno sull'altro. In questo modo, i componenti di azionamento e quelli guidati vengono accoppiati magneticamente anziché meccanicamente.

Ma quali sono i magneti migliori per gli accoppiamenti magnetici? E perché la scelta del magnete è importante?

In questa guida completa, come professionista Produttore di accoppiamenti magneticiIn questo articolo vi spiegheremo tutto quello che c'è da sapere sulla scelta dei magneti per gli accoppiamenti magnetici:

• Il ruolo dei magneti negli accoppiamenti magnetici
• Proprietà e prestazioni chiave del magnete
• Materiali magnetici comuni per i giunti
• Considerazioni di progettazione e ingegneria
• Test e convalida dei circuiti magnetici

E molto altro ancora. Entriamo nel vivo!

Perché i magneti sono importanti negli accoppiamenti magnetici

I magneti permanenti sono il cuore della funzionalità dei giunti magnetici. Le loro proprietà determinano essenzialmente le prestazioni e l'affidabilità della trasmissione magnetica della coppia.

Generando campi magnetici sincronizzati, i magneti facilitano il trasferimento senza contatto della forza di rotazione dai componenti di ingresso a quelli di uscita.

I magneti per gli accoppiamenti magnetici devono garantire una resistenza e una stabilità costanti anche in ambienti difficili che comportano calore, corrosione, vibrazioni o carichi d'urto.

La smagnetizzazione può compromettere gravemente le prestazioni. I magneti devono quindi resistere alle condizioni operative per lunghi periodi senza perdere magnetismo.

Selezionando materiali magnetici ottimali e progettando gruppi di magneti robusti, i produttori possono migliorare l'efficienza, la durata e l'affidabilità dei sistemi di accoppiamento magnetico.

Proprietà chiave dei magneti per gli accoppiamenti magnetici

Diversi fattori chiave determinano le prestazioni dei magneti nelle applicazioni di accoppiamento magnetico:

1. Forza e stabilità magnetica

Indica la forza con cui un magnete permanente può generare campi magnetici. I magneti ad alta resistenza, con una maggiore intensità di flusso, possono trasmettere una coppia maggiore attraverso un traferro rispetto ai magneti più deboli.

La stabilità magnetica si riferisce alla resistenza alla smagnetizzazione in condizioni operative caratterizzate da calore, vibrazioni, corrosione, ecc. Un magnetismo stabile per tutta la durata del prodotto garantisce prestazioni di accoppiamento magnetico costanti.

2. Valori di temperatura

Questo determina l'intervallo di temperatura operativa. I magneti perdono forza al di sopra del loro punto di funzionamento massimo. Pertanto, i valori di temperatura più elevati offrono una finestra più ampia per le applicazioni che richiedono calore senza problemi di smagnetizzazione.

3. Resistenza alla corrosione

I magneti devono resistere all'ambiente di funzionamento senza deteriorare le prestazioni. Gli accoppiamenti delle pompe sono spesso esposti a umidità, acidi o altre sostanze chimiche. Rivestimenti appropriati o materiali resistenti alla corrosione aiutano a raggiungere questo obiettivo.

4. Forza meccanica

I materiali fragili come la ceramica hanno un'elevata resistenza magnetica ma una bassa durata meccanica. Hanno bisogno di strutture di supporto per essere robusti sotto stress meccanico. I circuiti magnetici progettati per un'elevata resistenza meccanica prevengono i problemi di frattura.

Ottimizzando questi parametri attraverso la scelta dei materiali e la progettazione, i magneti possono fornire prestazioni eccellenti per tutta la durata del prodotto di accoppiamento magnetico.

Quali magneti per l'accoppiamento magnetico: Diversi tipi

Nei gruppi di accoppiamento magnetico vengono utilizzati diversi materiali per magneti permanenti, a seconda dei requisiti operativi e delle considerazioni sui costi.

1. Magneti di ferrite

Costituiti da ossido di ferro combinato con carbonato di stronzio o carbonato di bario, questi magneti ceramici offrono un buon valore per le applicazioni a bassa e media energia che non comportano temperature elevate superiori a 250°C.

Proprietà chiave:

• Moderata densità di flusso magnetico fino a 0,4 Tesla
• Manipolare temperature inferiori a 250°C
• Basso costo
• Richiedono protezione dalla corrosione in ambienti umidi

Le configurazioni più comuni includono forme a barra, a disco, a blocco o ad anello assemblate in circuiti magnetici.

2. Magneti al samario cobalto

Grazie all'elevata resistenza alla smagnetizzazione e alla stabilità termica fino a 350°C, il samario cobalto supera i magneti in ferrite e Alnico per affidabilità in ambienti estremi.

Proprietà chiave:

• Elevata forza magnetica
• Temperature nominali fino a 350°C
• Eccellente resistenza alla corrosione
• Resistenza alle vibrazioni e agli urti

I gradi 1:5 e 2:17 hanno un elevato contenuto di cobalto. Il grado 5:3, con un contenuto di cobalto inferiore, è invece adatto alle applicazioni più sensibili ai costi.

3. Magneti al neodimio ferro boro

Attualmente i magneti permanenti più forti disponibili in commercio, i magneti al neodimio consentono di realizzare accoppiamenti magnetici miniaturizzati con una maggiore densità di coppia. Il loro eccellente rapporto prezzo/prestazioni li rende molto popolari.

Proprietà chiave:

• Densità di flusso magnetico molto elevata, oltre 1,4 Tesla
• Temperature nominali intorno ai 180°C (possono essere aumentate tramite la progettazione)
• Incline alla corrosione se non rivestito
• Materiale fragile che richiede un supporto strutturale

I magneti al neodimio sono spesso dotati di rivestimenti in nichel-rame-niobio o epossidici per prevenire la corrosione. Le custodie in acciaio inox proteggono inoltre i gruppi di magneti dalla degradazione in ambienti umidi.

4. Magneti in alluminio nichel cobalto

Grazie all'elevata resistenza alla smagnetizzazione e alle prestazioni stabili fino a 500°C, i magneti Alnico sono adatti alle applicazioni ad alta temperatura, compresi gli accoppiamenti magnetici per uso aerospaziale. La loro capacità di operare senza rivestimenti esterni si rivela preziosa per resistere al calore estremo.

Proprietà chiave:

• Manipolazione di temperature fino a 550°C
• Resistere alla smagnetizzazione
• Costo maggiore rispetto ai magneti in ceramica o ferrite
• Bassa densità di flusso magnetico intorno a 0,7 Tesla

Fusi nelle forme richieste, i magneti Alnico vengono assemblati in gruppi per fornire la densità di flusso magnetico necessaria per la trasmissione della coppia nei giunti.

5. Magneti flessibili

Costituiti da polvere di ferrite o di neodimio legata a una matrice di resina flessibile come il vinile o la plastica, i materiali magnetici flessibili consentono un assemblaggio più semplice e strati sottili di magneti per accoppiamenti miniaturizzati.

Proprietà chiave:

• Disponibile in lastre o profili estrusi
• Meccanicamente robusto
• Forza magnetica relativamente bassa
• Soggetto a smagnetizzazione senza rinforzo

La limitata densità di energia dei magneti flessibili legati li rende inadatti ad applicazioni molto impegnative, a meno che non si aumenti il loro spessore o non si disponga di un supporto strutturale.

Considerazioni sulla progettazione dei giunti magnetici

Gli ingegneri tengono conto di diversi parametri durante la progettazione dei giunti magnetici, tra cui:

Condizioni operative: Ciò riguarda la temperatura, l'umidità, i livelli di vibrazione, i carichi d'urto e l'esposizione a sostanze chimiche che i magneti dovranno affrontare. I meccanismi di protezione vengono integrati di conseguenza nel circuito magnetico.

Requisiti di coppia: Le caratteristiche del carico determinano le esigenze di trasmissione della coppia. I carichi più elevati richiedono campi magnetici più forti e meccanismi di amplificazione come i pattini a poli per fornire una forza di rotazione sufficiente.

Dimensioni del traferro: I vincoli di spazio impongono aspetti come lo spessore del magnete e le dimensioni del polo. La riduzione al minimo del traferro aumenta l'efficienza dell'accoppiamento magnetico. Ma un traferro minimo si rivela obbligatorio per il gioco meccanico.

Minimizzazione delle correnti parassite: I contenitori convenzionali in elementi metallici conduttivi tendono a generare correnti parassite sotto un campo magnetico rotante che riscalda gli accoppiamenti. Materiali non conduttivi adatti evitano questo spreco di energia.

Ottimizzazione dei circuiti magnetici: Fattori come permeanza Il coefficiente e il flusso di dispersione vengono messi a punto per massimizzare l'efficienza dell'accoppiamento magnetico in base ai vincoli di spazio, materiale e costo.

Verifica delle prestazioni del magnete

I fornitori di magneti e i produttori di giunti magnetici eseguono diversi test durante lo sviluppo del prodotto e il controllo della qualità:

Simulazione al computer: Il software di analisi agli elementi finiti aiuta a visualizzare la distribuzione del campo magnetico e la dispersione di flusso per identificare le aree da migliorare nelle geometrie dei magneti o nei metodi di assemblaggio.

Test di forza magnetica: I misuratori di Gauss misurano la densità di flusso superficiale dei magneti per garantirne la coerenza e la conformità alle specifiche. declinato nel tempo o a causa della smagnetizzazione, attiva le opportune azioni correttive.

Test di temperatura: I magneti sono sottoposti a test per l'intera gamma di temperature di esercizio, compresa l'esposizione a lungo termine a temperature elevate, ove giustificato, per convalidare la stabilità termica.

Misura della coppia: I banchi di prova aiutano a caratterizzare la coppia erogata, la rigidità e altri parametri sia a temperatura ambiente che nella fascia di temperatura di esercizio, per quantificare le prestazioni previste sul campo.

Tale caratterizzazione e miglioramento garantisce che i gruppi di magneti negli accoppiamenti magnetici forniscano prestazioni di campo eccellenti per tutta la durata del prodotto.

In conclusione

In questa guida abbiamo esplorato le opzioni più comuni di magneti per gli accoppiamenti magnetici, le proprietà essenziali da ricercare, le considerazioni sulla progettazione e gli aspetti relativi ai test. Grazie alla loro crescente efficienza e affidabilità, gli accoppiamenti basati su magneti al neodimio continuano a guadagnare importanza nei sistemi di automazione industriale.

Per determinare la soluzione di accoppiamento magnetico più adatta alle vostre esigenze specifiche, consultate i team di ingegneri esperti già durante la fase di progettazione per ottenere raccomandazioni adeguate e supporto alla personalizzazione.